Skip to main content
SUPERVISOR
Akbar Parvazian,Mohammad-Hassan Alamatsaz
اکبر پروازیان (استاد راهنما) محمدحسن علامتساز (استاد مشاور)
 
STUDENT
Marzie Babadi
مرضیه بابادی اورگانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

The Study of Weibel Instability in Fusion Plasma in Inertial Confinement
Fast ignition in (ICF) was proposed as an alternative ignition scheme aimed to reduce the drive requirements by separating fuel compression and ignition in two steps. In electron-driven fast ignition (EFI), after fuel compression stage, a fast electron jet is generated near the cone tip by an ultra-high intensity laser beam ( 10 20 W/cm 2 ). Fast electrons deposit their energy in the compressed fuel, triggering the fusion reaction. At this stage, laser pulse was entered from one direction in to the plasma region which create an anisotropy in plasma. This anisotropy is caused due to relativistic electrons flow that injected to the fuel. In presence of anisotropy, weibel Instability leading the plasma to equilibrium state and reduced free energy generated by anisotropy. This instability enhances a magnetic disturbance in the plasma. In general, non-equilibrium process is called instability case. The excited waves or disturbances in plasma produes instability. Weibel instability by strengthening the magnetic field in the perpendicular direction of the anisotropy can occurs. In this research, we have studied the instability created in the last stage of the fast ignition. For this purpose we used XOOPIC code for simulation of plasma region. This code is a tradition code in simulation of plasma regions. First we have investigated this instability in the absence of horns in the fuel ball. The results show that Weibel instability at the initial time growth and decline rapidly after reaching peak. Next we have investigated the growth of instabilities in the plasma in the presence of aluminum cone. At this case, the laser start dealing with aluminum and causes the acceleration of electrons, these electrons are entered into the plasma environment. Weibel Instability grows in the initial times less than later time. Finally, weibel Instability growt rate, after a relative reduction will rises again. Then we used a foil of gold instead of aluminum foil in the fuel zone. At this case, more energy is transferred in to the plasma. The results showed that in the case of gold, growing instability in the first times is few and at the delay time is very high. We have also calculated the exit power and compared it with results of the reference. According to the observations in the simulation, as increasing the electron flow that entered into the plasma, the plasma energy is increased. Also anisotropy and magnetic field in the initial time grow with a gentler slope and then remain constant finally. The maximum of exit power was remained more constant by increasing the leading field so that the growth rate of the weibel instability decreases at the final stage.
اشتعال سریع در روش محصورسازی لختی (ICF) به عنوان طرحی با هدف کاهش انرژی اولیه در اشتعال پیشنهاد شد. در این روش تراکم و اشتعال تفکیک شده است. در گرمایش توسط الکترون های سریع، بعد از مرحله تراکم سوخت، الکترون های سریع به دلیل برخورد لیزر پرتوان ( w/cm 2 10 20 ) با نوک مخروط فلزی تعبیه شده در ساچمه، تولید می شوند. این الکترون ها انرژی خود را در سوخت به جا می گذارند و موجب راه اندازی برهمکنش همجوشی می شوند. در این مرحله از روش اشتعال سریع چون پالس از یک جهت به پلاسما می تابد، ناهمسانگردی در محیط پلاسما ایجاد می شود. این ناهمسانگردی به دلیل ورود جریان الکترون های نسبیتی به سوخت ایجاد می شود. در شرایطی که در پلاسما ناهمسانگردی وجود داشته باشد، به منظور سوق پلاسما به حالت تعادل و کاهش انرژی آزاد تولید شده توسط ناهمسانگردی، ناپایداری ویبل ایجاد می شود. این ناپایداری موجب تقویت یک اختلال مغناطیسی می شود. به طور کلی ناپایداری به فرآیندی گفته می شود که در صورت دور بودن پلاسما از حالت تعادل به وجود می آید و موجب برانگیخته شدن امواج یا آشفتگی هایی در آن می شود. ناپایداری ویبل با تقویت میدان مغناطیسی در جهت عمود بر صفحه ناهمسانگردی خود را نشان می دهد. در این پژوهش به بررسی این ناپایداری ایجاد شده در مرحله آخر روش اشتعال سریع پرداخته شده است. برای این منظور به شبیه سازی پلاسما در شرایط گفته شده با استفاده از کد شبیه سازی XOOPIC که کدی رایج در شبیه سازی محیط پلاسما می باشد، پرداختیم. در ابتدا بدون حضور مخروط در ساچمه به بررسی این ناپایداری پرداختیم. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ناپایداری ویبل در این حالت در زمان های ابتدایی رشد کرده و بعد از رسیدن به مقداری بیشینه سریعا افت می کند. در ادامه به بررسی رشد این ناپایداری در پلاسما با حضور مخروط آلومینیومی پرداختیم. در این حالت، لیزر ابتدا با آلومینیوم برخورد کرده و موجب شتاب گرفتن الکترون های آلومینیوم می شود. این الکترون ها وارد محیط پلاسما می شوند. در این حالت ناپایداری ویبل در زمان های ابتدایی کم تر از حالت قبل رشد می کند. اما در زمان های تاخیری، بعد از یک کاهش نسبی دوباره افزایش می یابد. همچنین در ادامه به جای آلومینیوم از فلز طلا نیز استفاده شد. در این حالت انرژی بیشتری به پلاسما منتقل می شود. نتایج نشان داد که در حالت استفاده از طلا، باز هم ناپایداری در ابتدا رشد کمی دارد و در زمان های تاخیری بیشتر تقویت می شود. در موارد شبیه سازی شده چگالی توان خروجی لحظه ای نیز محاسبه و مقایسه شد. با توجه به مشاهدات در شبیه سازی های انجام شده، نتیجه ی کلی به این صورت به دست آمد که: با افزایش جریان الکترونی وارد شده به محیط پلاسما، انرژی پلاسما افزایش یافته، ناهمسانگردی و میدان مغناطیسی عمود بر ناهمسانگردی در زمان های اولیه با شیب ملایم تری رشد می کنند و در ادامه تقریبا ثابت می مانند. همچنین بیشینه ی چگالی توان خروجی لحظه ای با افزایش میدان هدایت کننده و کاهش رشد و ثبات بیشتر ناپایداری ویبل، ثبات بیشتری می یابد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی